DE4236441A1 - Sealing gas spaces in a height temperature fuel cell - treating spaces with at least two gases in succession, first containing oxidisable compound, others being acidic - Google Patents

Sealing gas spaces in a height temperature fuel cell - treating spaces with at least two gases in succession, first containing oxidisable compound, others being acidic

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Abstract

To seal the gas spaces between the elements of a high temperature fuel cell, the spaces are treated at high temperature with at least two different gases, of which the first contains, or yields, a gaseous compound that can be oxidised to a metal ion or acid ion conducting oxide. The second or further gas(es) are acidic. The first gas contains a compound with a metallic part corresponding to one or several of the electrolyte materials, or the electrodes. Typical metallic radicals will be zirconium, nickel, calcium, magnesium or a rare earth metal. The cell is flooded with the first gas, and the second gas flows through from the cathode or anode side. ADVANTAGE Inexpensive sealing method.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Dichten von Undichtigkeiten der zwi­ schen den einzelnen Bauteilen von Hochtemperatur-Brennstoffzellen befindlichen Gas­ räume und/oder Gaskanäle sowie eine nach diesem Verfahren gedichtete Brennstoffzelle.The invention relates to a method for sealing leaks between the two gas contained in the individual components of high-temperature fuel cells rooms and / or gas channels and a fuel cell sealed according to this method.

Hochtemperatur-Brennstoffzellen - auch Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) genannt - eignen sich infolge der relativ hohen Betriebstemperaturen - sie liegen im Bereich von 800 bis 100°C - dazu, außer Wasserstoffgas und Kohlenmonoxid auch Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Erdgas oder flüssig speicherbares Propan, mit Sauerstoff oder Luftsauerstoff umzusetzen. Wird dem Brennstoff Wasserdampf zugesetzt, so kann bei den hohen Tempe­ raturen jede Rußbildung vermieden werden.High-temperature fuel cells - also known as solid oxide fuel cells (SOFC) - are suitable themselves due to the relatively high operating temperatures - they range from 800 to 100 ° C - in addition to hydrogen gas and carbon monoxide also hydrocarbons, such as for example natural gas or liquid storable propane, with oxygen or atmospheric oxygen to implement. If water vapor is added to the fuel, at high temperatures Any soot formation can be avoided.

Bei bekannten Hochtemperatur-Brennstoffzellen werden temperaturbedingt feste Elek­ trolyte eingesetzt. Hierzu ist es bekannt, im wesentlichen aus Zirkonoxid und geringen Zu­ sätzen von Yttriumoxid bestehende dünne Festelektrolytplättchen zwischen den Elektroden einzusetzen. Die Elektroden, das heißt die Anode und die Kathode, liegen auf gegenüber­ liegenden Seiten am Elektrolyten an bzw. sind auf diesem aufgesintert. Dabei besteht zum Beispiel die Anode aus einem porösen Nickel-Zirkonoxid-Cerinet und die Kathode aus ei­ ner oxidischen Verbindung aus Lanthan, Strontium und Mangan. Die Elektroden bedecken die beiden Seiten der Elektrolytplättchen mit Ausnahme eines schmalen Randbereichs. Außen an den beiden Elektroden liegen sogenannte bipolare Platten bzw. Endplatten an, die aus einem gut elektrisch leitenden Material bestehen und Versorgungskanäle, soge­ nannte Rillenfelder, für die Zuleitung des sauerstoffhaltigen Gases an die Kathode und des Brennstoffes an die Anode sowie der Abführung des Oxidationsproduktes H2O aufweisen. Diese meist plattenförmigen Bauelemente kontaktieren die Elektroden und stützen dabei mit den Rändern der Rillen die Elektroden der Elektrolytplättchen ab. Oft sind sie an ihren Randern mit Durchbrüchen zur Gaszuleitung und Gasableitung versehen. Im Bereich die­ ser Randzonen der bipolaren Platten sind die Elektrolytplättchen mit einem Rahmen aus einem elektrisch nicht leitenden Material umgeben, der die gleiche Stärke hat wie die Elektrolytplättchen. Dieser Rahmen trägt Durchbrüche, die deckungsgleich mit den Durchbrüchen im Randbereich der bipolaren Platte sind. Zwischen den bipolaren Platten und dem Elektrolytplättchen sind sogenannte Fensterfolien eingesetzt. Diese besitzen fen­ sterförmige Durchbrüche, an deren Rändern die freien - nicht mit Elektroden belegten - Ränder der Festelektrolytplättchen anliegen. Außerdem besitzen die Fensterfolien an ihren Rändern Durchbrüche, die zu den Durchbrüchen der bipolaren Platte deckungsgleich an­ geordnet sind. Die Fensterfolien bestehen aus dem gleichen Material wie die bipolaren Platten. Sie haben in etwa die Stärke der auf den Elektrolytplättchen aufgesinterten Elek­ troden und dienen dazu, die Elektrolytplättchen mitsamt den Elektroden und den sie um­ gebenden Rahmen über die jeweiligen Randbereiche gasdicht miteinander zu verbinden. Zugleich dichten die Fensterfolien über den Rand der Elektrolytplättchen und über den die Elektrolytplättchen umgebenden Rahmen die anoden- und kathodenseitigen Gasräume ge­ geneinander und zu den Durchbrüchen im Rahmen ab. Der die Elektrolytplättchen umge­ bende Rahmen, die bipolaren Platten und die Fensterfolien sind bei bekannten Hochtempe­ ratur-Brennstoffzellen unter Zwischenschaltung eines über der Betriebstemperatur schmel­ zenden Lotes miteinander gasdicht verlötet.In known high-temperature fuel cells, temperature-dependent solid electrolytes are used. For this purpose, it is known to use thin solid electrolyte platelets between the electrodes consisting essentially of zirconium oxide and small amounts of yttrium oxide. The electrodes, that is to say the anode and the cathode, lie on opposite sides of the electrolyte or are sintered onto it. For example, the anode consists of a porous nickel-zirconium oxide cerinet and the cathode consists of an oxidic compound made of lanthanum, strontium and manganese. The electrodes cover the two sides of the electrolyte plates with the exception of a narrow edge area. On the outside of the two electrodes there are so-called bipolar plates or end plates, which consist of a highly electrically conductive material and supply channels, so-called groove fields, for the supply of the oxygen-containing gas to the cathode and the fuel to the anode and the removal of the oxidation product H 2 O have. These mostly plate-shaped components contact the electrodes and support the electrodes of the electrolyte plates with the edges of the grooves. They are often provided with openings for gas supply and gas discharge at their edges. In the area of these edge zones of the bipolar plates, the electrolyte plates are surrounded by a frame made of an electrically non-conductive material, which has the same thickness as the electrolyte plates. This frame has openings that are congruent with the openings in the edge area of the bipolar plate. So-called window foils are inserted between the bipolar plates and the electrolyte plate. These have fen-shaped openings, on the edges of which the free edges of the solid electrolyte plates, which are not covered with electrodes, rest. In addition, the window films have openings at their edges, which are arranged congruently to the openings of the bipolar plate. The window films are made of the same material as the bipolar plates. They have approximately the thickness of the electrodes sintered onto the electrolyte platelets and serve to connect the electrolyte platelets together with the electrodes and the frame surrounding them in a gas-tight manner via the respective edge regions. At the same time, the window films seal over the edge of the electrolyte platelets and over the frame surrounding the electrolytic platelets, the anode and cathode side gas spaces from one another and from the openings in the frame. The frame surrounding the electrolyte plate, the bipolar plates and the window foils are soldered gas-tight to one another in known high-temperature fuel cells with the interposition of a solder melting above the operating temperature.

Die einzelnen Gasräume bzw. Gaskanäle zu beiden Seiten des Elektrolyten müssen sowohl nach außen hin als auch untereinander gasdicht abgedichtet sein. Dies ist unter anderem deshalb erforderlich, damit sich nicht Brennstoff und Sauerstoff vermischen und einen chemischen Kurzschluß bilden, der den Gesamtwirkungsgrad herabsetzt und außerdem wegen der Wasserstoffverbrennung zu örtlichen Überhitzungen führen würde. Die Abdich­ tung ist darüber hinaus auch erforderlich, um Schäden an den Elektroden zu vermeiden, die sonst in Gegenwart des jeweils anderen Reaktionsgases zerstört werden würden.The individual gas spaces or gas channels on both sides of the electrolyte must both be sealed gas-tight to the outside as well as to each other. This is among other things therefore necessary so that fuel and oxygen do not mix and unite Form chemical short circuit, which reduces the overall efficiency and also would cause local overheating due to hydrogen combustion. The Abdich is also necessary to avoid damage to the electrodes, which would otherwise be destroyed in the presence of the other reaction gas.

Bei bekannten Hochtemperatur-Brennstoffzellen hat es in der Fertigung bisher immer wie­ der Dichtigkeitsprobleme gegeben. Insbesondere beim Zusammenschalten sehr vieler ein­ zelner Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel (fuel cell stack) mit sehr vielen einzelnen, in Serie und auch parallel geschalteten Brennstoffzellen ist es äußerst störend, wenn einige wenige Brennstoffzellen des Stapels Undichtigkeiten aufweisen.In the case of known high-temperature fuel cells, production has always been like this given the tightness problems. Especially when interconnecting a great many individual fuel cells to form a fuel cell stack with a large number single, in series and also parallel connected fuel cells, it is extremely annoying when a few fuel cells in the stack have leaks.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie die Dichtig­ keit von Brennstoffzellen mit möglichst wenig Aufwand verbessert werden kann.The invention is therefore based on the object of showing a way how the sealing speed of fuel cells can be improved with as little effort as possible.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 17 gelöst. Weitere vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 16 und 18 bis 19 zu ent­ nehmen.This object is solved by the features of claims 1 and 17. Another advantage adhesive embodiments of the invention can be found in claims 2 to 16 and 18 to 19 to take.

Indem die verschiedenen gegeneinander und nach außen abzudichtenden Gasräume und/oder Gaskanäle der Hochtemperatur-Brennstoffzelle bei hoher Temperatur erfin­ dungsgemäß mit je einem von mindestens zwei verschiedenen Gasen beaufschlagt werden, von denen das erste zumindest eine zu einem metallionenleitenden und/oder sauerstoffio­ nenleitenden Oxid aufoxidierbare gasförmige Verbindungen und das zweite sowie gegebe­ nenfalls weitere Gase Sauerstoff enthalten bzw. abgeben können, wird ein Weg gewiesen, wie einzelne undichte oder undicht gewordene Brennstoffzellen oder auch Stapel von Brennstoffzellen ohne vorherige Demontage noch nachträglich gedichtet werden können. Dabei ist es ein besonderer Vorteil, daß die Materialablagerungen, die schließlich zur Ab­ dichtung führen, gerade nur an jenen Stellen erfolgen, an denen sich Undichtigkeiten erge­ ben haben, über die die beiden Gase miteinander in Kontakt kommen. In den Fällen, in denen ein sauerstoffionenleitendes Oxid gebildet wird, können auch nach dem Schließen der Undichtigkeit durch eine monomolekulare Schicht des Oxids immer noch Sauerstoff­ ionen durch die Schicht durchtreten und auf der gegenüberliegenden Seite der ehemaligen Undichtigkeit weitere Gasreaktionen und damit ein weiteres Anwachsen der Schicht mit abnehmender Geschwindigkeit bewirken. Dies gilt analog für die andere Seite der Un­ dichtigkeit, wenn ein metallionenleitendes Oxid erzeugt wird. Zur Einstellung der ge­ wünschten Reaktivität der eingesetzten Gase können diesen entsprechende Mengen eines Inertgases, wie etwa Stickstoff oder irgendein Edelgas, beigemischt werden.By the different gas spaces to be sealed against each other and to the outside and / or gas channels of the high-temperature fuel cell invented at high temperature  appropriately with one of at least two different gases, of which the first at least one to a metal ion-conducting and / or oxygen ion NEN conductive oxide oxidizable gaseous compounds and the second and given If other gases contain or can release oxygen, a way is shown like single leaking or leaking fuel cells or stacks of Fuel cells can still be sealed without disassembly beforehand. It is a particular advantage that the material deposits that eventually lead to Ab seal, especially only in those places where there are leaks ben, through which the two gases come into contact with each other. In the cases in which form an oxygen ion-conducting oxide can also be closed the leakage through a monomolecular layer of the oxide is still oxygen Ions pass through the layer and on the opposite side of the former Leakage with further gas reactions and thus a further growth of the layer cause decreasing speed. This applies analogously to the other side of the Un tightness when a metal ion-conducting oxide is generated. To set the ge Desired reactivity of the gases used can give them corresponding amounts of Inert gases such as nitrogen or any noble gas may be added.

Eine solche nach dem obigen Verfahren gedichtete Hochtemperatur-Brennstoffzelle weist erfindungsgemäß gerade an den vormals undichten Stellen zwischen den einzelnen Bautei­ len Einlagerungen aus metallionenleitenden und/oder sauerstoffionenleitenden Oxiden auf, die diese Undichtigkeiten abgedichtet haben. Diese Schichten bauen sich infolge des Kon­ taktes des ersten mit dem zweiten Gas gerade an den Stellen auf, wo infolge von Undich­ tigkeiten - etwa in Spalten - diese beiden Gase miteinander in Berührung kommen und die gasförmigen Verbindungen der Metalle oxidieren. Diese Einlagerungen versintern mit den Wänden der Undichtigkeiten und können somit auch das Lot zwischen den einzelnen Bauteilen ersetzen.Such a high-temperature fuel cell sealed by the above method has According to the invention precisely at the previously leaky points between the individual components len deposits from metal ion-conducting and / or oxygen ion-conducting oxides, that sealed these leaks. These layers build up as a result of the Kon stroke of the first with the second gas just at the places where as a result of Undich activities - for example in columns - these two gases come into contact with each other and the Oxidize gaseous compounds of the metals. These deposits sinter with the Walls of the leak and can therefore also solder between the individual Replace components.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das erste Gas mindestens eine oxidierbare, gasför­ mige Verbindung eines oder mehrerer der Metalle des Elektrolytmaterials, der bipolaren Platte, der Elektroden der Brennstoffzelle und/oder Zirkon, Nickel, Kalzium, Magnesium oder Seltenes Erdmetall enthalten. Solche Verbindungen erfüllen die Voraussetzungen, daß sie sich in Gegenwart des zweiten sauerstoffhaltigen Gases zersetzen und feste sauer­ stoffionenleitende und/oder metallionenleitende Metalloxide bilden, die sich niederschla­ gen, mit dem Untergrund verbinden und die Risse und Spalten auf diese Weise dichten. Durch diese Maßnahme wird auch erreicht, daß sich in den Poren und Kanälen, die für die Undichtigkeit ursächlich sind, Oxide bilden, die hinsichtlich ihres Ausdehnungskoeffizien­ ten und hinsichtlich ihrer chemischen Beständigkeit für die im Brennstoff herrschenden physikalischen Bedingungen mit dem Umgebungsmaterial übereinstimmen. Dies ist des­ halb so wichtig, weil das in Spalten und Kanälen eingelagerte Material im Falle unter­ schiedlicher Ausdehnungskoeffizienten bei den sehr hohen Temperaturunterschieden, die bei Brennstoffzellen beim Einschalten und Wiederausschalten durchlaufen werden und die von der Zimmertemperatur bis 1000°C reichen, sonst mechanische Spannungen erzeugt werden, die die Undichtigkeiten weiter vergrößern könnten.In an embodiment of the invention, the first gas can contain at least one oxidizable gas Combination of one or more of the metals of the electrolyte material, the bipolar Plate, the electrodes of the fuel cell and / or zircon, nickel, calcium, magnesium or contain rare earth metal. Such connections meet the requirements that they decompose in the presence of the second oxygen-containing gas and solid acid Form metal ion and / or metal ion conductive metal oxides that precipitate , connect to the substrate and seal the cracks and gaps in this way. This measure also ensures that there are pores and channels in the Leakage is the cause, form oxides with regard to their expansion coefficients  and with regard to their chemical resistance to those in the fuel physical conditions with the surrounding material. This is the half as important because the material stored in columns and channels in the case below different coefficients of expansion at the very high temperature differences that with fuel cells when switching on and off again and the range from room temperature to 1000 ° C, otherwise mechanical stresses are generated that could further increase the leakage.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Brennstoffzelle von außen mit dem ersten Gas umflutet und kathodenseitig mit dem zweiten oder weiteren Gas durchströmt werden. Auf diese Weise lassen sich alle nach außen führenden Undichtigkei­ ten abdichten.In a particularly advantageous development of the invention, the fuel cell from flooded on the outside with the first gas and on the cathode side with the second or further gas be flowed through. In this way, all leaks leading to the outside can be eliminated seal.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann die Brennstoffzelle anodenseitig mit dem ersten Gas und kathodenseitig mit dem zweiten Gas beaufschlagt werden. Auf diese Weise können auch alle Undichtigkeiten zwischen dem betriebsmäßig Sauerstoff und dem betriebsmäßig Brennstoff führenden Gasräume und/oder Kanälen abgedichtet werden. Da­ bei ist von Bedeutung, daß das erste Gas anodenseitig und nicht etwa kathodenseitig zuge­ führt wird. So kann die Anode vor unerwünschter Oxidation bewahrt werden.In another development of the invention, the fuel cell can also be on the anode side the first gas and on the cathode side with the second gas. To this In this way, all leaks between the operational oxygen and the operationally fuel-carrying gas spaces and / or channels are sealed. There it is important that the first gas is supplied on the anode side and not on the cathode side leads. In this way, the anode can be prevented from undesired oxidation.

Um Schäden an der Anode zu vermeiden, ist es in Ausgestaltung der Erfindung angezeigt, die Brennstoffzelle anodenseitig mit einem Wasserdampf-Wasserstoff-Gasgemisch zu be­ aufschlagen. Wasserdampf wird bei hohen Temperaturen zunehmend in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Bei den herrschenden Verfahrenstemperaturen von ca. 1000°C ist nur ein kleiner Prozentsatz des Wasserdampfs dissociiert. Durch die reduzierende Wirkung des Wasserstoffs wird die Anode trotz der Anwesenheit von etlichen Prozent Sauerstoff davor bewahrt, oxidiert und damit zerstört zu werden, wie das sonst bei der Verwendung von Luft-Sauerstoff der Fall wäre. Zugleich reicht dieser kleine Sauerstoffgasanteil aber aus, die Oxidation der gasförmigen Metallverbindungen des ersten Gases vorzunehmen, zumal es aus dem Wasserdampf stets neu nachgeliefert wird.In order to avoid damage to the anode, it is indicated in an embodiment of the invention the fuel cell on the anode side with a water vapor-hydrogen gas mixture crack open. At high temperatures, water vapor is increasingly converted into hydrogen and Decomposed oxygen. At the prevailing process temperatures of approx. 1000 ° C only a small percentage of the water vapor dissociates. Due to the reducing effect of The anode becomes hydrogen despite the presence of several percent oxygen in front of it preserved, oxidized and thus destroyed, as is otherwise the case when using Air-oxygen would be the case. At the same time, this small proportion of oxygen gas is sufficient to carry out the oxidation of the gaseous metal compounds of the first gas, especially since it is always replenished from the water vapor.

Alternativ wäre es auch möglich, dem zweiten oder weiteren Gas in Ausgestaltung der Er­ findung Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid beizumischen. Auch diese Gase sind in der Lage, bei hohen Verfahrenstemperaturen Sauerstoff abzuspalten, so daß die gasför­ mige Metallverbindung des ersten Gases oxidiert werden kann, ohne gleichzeitig die Ano­ den durch Oxidation zu zerstören. Alternatively, it would also be possible to use the second or further gas in the configuration of the Er carbon monoxide and / or carbon dioxide. These gases are also in able to split off oxygen at high process temperatures, so that the gasför metal compound of the first gas can be oxidized without reducing the ano to destroy it by oxidation.  

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die aufoxidierbare gasförmige Metall­ verbindung eine Halogenverbindung sein. Halogenverbindungen haben die Eigenschaft, daß sie bei der Verfahrenstemperatur in Gegenwart von Sauerstoff zersetzt und in feste Metalloxidverbindungen umgewandelt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the oxidizable gaseous metal compound be a halogen compound. Halogen compounds have the property that it decomposes at the process temperature in the presence of oxygen and solid Metal oxide compounds are converted.

Es hat sich als ganz besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn in Weiterbildung der Erfin­ dung der Gasdruck bei Durchführung des Verfahrens auf etwa 10-3 bis 10-5 bar eingestellt wird. Dies hat zur Folge, daß die freie Weglänge der Gasmoleküle etwa 100 µm beträgt. Hierdurch wird eine bessere Haftung des eingelagerten Materials in die Undichtigkeiten erreicht.It has proven to be particularly advantageous if, in a further development of the invention, the gas pressure is set to approximately 10 -3 to 10 -5 bar when the method is carried out. The consequence of this is that the free path length of the gas molecules is approximately 100 μm. This results in better adhesion of the stored material in the leaks.

Des weiteren hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn in Ausgestaltung der Erfindung zeitweise der Gasdruck des ersten Gases höher ist als der des zweiten bzw. weiteren Gases und umgekehrt. Hierdurch können die beiden Gase, insbesondere wenn die Druckdifferenz die Richtung wechselt, besser abwechselnd in die Spalten der Undichtig­ keiten gedrückt werden. Dadurch kann die Begegnung dieser Gase im wesentlichen in den Spalten und Schlitzen stattfinden.Furthermore, it has proven to be particularly useful if the Invention at times the gas pressure of the first gas is higher than that of the second or other gas and vice versa. This allows the two gases, especially if the Pressure difference changes direction, better alternating in the columns of the leak be pressed. This allows the encounter of these gases essentially in the Splitting and slitting take place.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigen:Further details of the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment purifies. Show it:

Fig. 1 eine Explosionszeichnung eines Brennstoffzellenstapels mit zwei in Serie geschal­ teten Hochtemperatur-Brennstoffzellen, Fig. 1 is an exploded view of a fuel cell stack with two geschal ended in series high temperature fuel cell,

Fig. 2 eine schematisierte Darstellung dreier Undichtigkeiten im Bereich der Lötstellen zwischen einer bipolaren Platte, einer Fensterfolie und dem Elektrolyten einer Hochtempe­ ratur-Brennstoffzelle und Fig. 2 is a schematic representation of three leaks in the area of the solder joints between a bipolar plate, a window film and the electrolyte of a high-temperature fuel cell and

Fig. 3 eine schematisierte Darstellung von zwei Undichtigkeiten im Bereich eines verti­ kal, durch die Ebenen der bipolaren Platte, Fensterfolie und Elektrolytrahmen verlaufen­ den Gasverteilungskanals (= manyfolding chanal). Fig. 3 is a schematic representation of two leaks in the area of a verti cal, through the levels of the bipolar plate, window film and electrolyte frame run the gas distribution channel (= many folding channel).

Die in der Fig. 1 gezeigte Explosionszeichnung eines Stapels 1 mit zwei in Serie geschal­ teten Hochtemperatur-Brennstoffzellen 2, 4 verdeutlicht dessen Aufbau. In diesem Stapel 1 Hochtemperatur-Brennstoffzellen erkennt man von unten nach oben gesehen eine untere Deckplatte 6 mit seitlich herausgeführter positiver Kontaktzunge 8, eine Fensterfolie 10 mit vier Fensterdurchbrüchen 12, 13, 14, 15, einen Festelektrolytrahmen 16 mit vier einge­ legten Festelektrolytplättchen 64, 65, 66, 67, eine weitere Fensterfolie 18, eine bipolare Platte 20, eine weitere Fensterfolie 22, einen weiteren Festelektrolytrahmen 24 mit einge­ legtem Festelektrolytplättchen, eine weitere Fensterfolie 26 und eine obere Deckplatte 28 mit seitlich herausgeführter negativer Kontaktzunge 30. Außerdem trägt die obere Deck­ platte 28 sechzehn Anschlußstutzen 31 bis 38 und 40 bis 47 für die Zuführung und Abfüh­ rung von brennstoff- und sauerstoffhaltigem Gas. Mit Ausnahme der beiden Deckplatten 6, 28 besitzen sämtliche Fensterfolien 10, 18, 22, 26 Festelektrolytrahmen 16, 24 und die bi­ polare Platte 18 im Randbereich längliche Durchbrüche 48 bis 55, die im zusammengebau­ ten Stapel 1 zueinander fluchten und zusammen in Richtung der Normalen zur Platten­ ebene, das heißt vertikal durch den Stapel 1, gehende Gaskanäle - auch "manyfolding chanal" genannt - bilden, in die die Anschlußstutzen 31 bis 38, 40 bis 47 der oberen Deckplatte 28 münden.The exploded view shown in FIG. 1 of a stack 1 with two high-temperature fuel cells 2 , 4 connected in series illustrates its structure. In this stack 1 of high-temperature fuel cells, one can see a bottom cover plate 6 with a positive contact tongue 8 , a window film 10 with four window openings 12 , 13 , 14 , 15 , a solid electrolyte frame 16 with four inserted solid electrolyte plates 64 , 65 , 66 , 67 , a further window film 18 , a bipolar plate 20 , a further window film 22 , a further solid electrolyte frame 24 with a solid electrolyte plate inserted, a further window film 26 and an upper cover plate 28 with a negative contact tongue 30 led out laterally. In addition, the upper cover plate 28 carries sixteen connecting pieces 31 to 38 and 40 to 47 for the supply and removal of fuel and oxygen-containing gas. With the exception of the two cover plates 6 , 28 , all window films 10 , 18 , 22 , 26 have solid electrolyte frames 16 , 24 and the bi-polar plate 18 in the edge region elongated openings 48 to 55 , which are aligned in stack 1 together and together in the direction of the normal to the plate level, that is, vertically through the stack 1 , going gas channels - also called "manyfolding channel" - form, into which the connecting pieces 31 to 38 , 40 to 47 of the upper cover plate 28 open.

Die bipolare Platte 20 in der Mitte des Stapels, die zwischen den beiden Brennstoffzellen 2, 4 des Stapels angeordnet ist, besitzt im Ausführungsbeispiel auf ihrer oberen Seite zwei Rillenfelder 56, 58, die je einen der beiden vorderen Durchbrüche 54, 55 mit einem ge­ genüberliegenden hinteren Durchbruch 52, 53 im Randbereich der bipolaren Platte 20 verbindet. Auf der Unterseite ist die bipolare Platte 20 ähnlich aufgebaut, nur daß die bei­ den Rillenfelder um 90° gegenüber der Oberseite verdreht sind und die Durchbrüche 48, 49 auf der rechten Seite mit jenen Durchbrüchen 50, 51 auf der linken Seite der bipolaren Platte verbinden. Auch die obere und die untere Deckplatte 6, 28 sind auf der Seite der Fensterfolie 10, 26 mit zwei solchen Rillenfeldern 57, 59 (nur zwei sichtbar) versehen, die genauso ausgerichtet sind wie die Rillenfelder auf der gleichen unteren oder oberen Seite der bipolaren Platte 20. Die Fensterdurchbrüche 12 bis 15 in den Fensterfolien 10, 18, 22, 26 sind über den einzelnen Rillenfeldern der bipolaren Platte 20 angeordnet. Die Fenster­ folien, die bipolare Platte und die beiden Deckplatten 6, 28 bestehen aus der gleichen elektrisch gut leitenden Metallegierung, die außerdem auch einen an den Festelektrolyten angepaßten Ausdehnungskoeffizienten besitzt. Dies sind üblicherweise Legierungen eines oder mehrerer der Elemente Chrom, Eisen und/oder Nickel. Anstelle der Metallegierung wären auch elektrisch gut leitende und gasdicht sinterbare Keramiken, wie zum Beispiel Lanthanbichromat, verwendbar.The bipolar plate 20 in the middle of the stack, which is arranged between the two fuel cells 2 , 4 of the stack, has in the exemplary embodiment on its upper side two groove fields 56 , 58 , each one of the two front openings 54 , 55 with a ge opposite connects rear opening 52 , 53 in the edge region of the bipolar plate 20 . On the underside, the bipolar plate 20 is constructed similarly, except that the groove fields are rotated by 90 ° with respect to the upper side and connect the openings 48 , 49 on the right side with those openings 50 , 51 on the left side of the bipolar plate. The upper and lower cover plates 6 , 28 are also provided on the side of the window film 10 , 26 with two such groove fields 57 , 59 (only two visible) which are aligned in the same way as the groove fields on the same lower or upper side of the bipolar plate 20th The window openings 12 to 15 in the window films 10 , 18 , 22 , 26 are arranged over the individual groove fields of the bipolar plate 20 . The window foils, the bipolar plate and the two cover plates 6 , 28 consist of the same electrically highly conductive metal alloy, which also has an expansion coefficient adapted to the solid electrolyte. These are usually alloys of one or more of the elements chromium, iron and / or nickel. Instead of the metal alloy, electrically conductive and gas-tight sinterable ceramics, such as lanthanum bichromate, could also be used.

Die Festelektrolytrahmen 16, 24 bestehen im Ausführungsbeispiel aus Zirkonoxid. In ih­ nen sind gegenüber den vier Fensterdurchbrüchen 12, 13, 14, 15 der Fensterfolien jeweils vier rechteckige Festelektrolytplättchen 64, 65, 66, 67 aus Yttrium stabilisiertem Zirkon­ oxid eingesetzt. Letztere sind im Ausführungsbeispiel auf ihrer Oberseite mit Ausnahme eines schmalen umlaufenden Randbereichs mit einer Lanthan-Strontium-Manganoxid- Verbindung als Kathodenmaterial 68 und auf ihrer Unterseite entsprechend mit einem Nickel-Zirkonoxid-Cermet als Anodenmaterial 70 beschichtet. Mit ihren Randbereichen liegen die Festelektrolytplättchen beidseitig auf den Fensterrändern der Fensterfolien auf, wobei das Elektrodenmaterial die durch die Fensteröffnungen der Fensterfolien definierten Volumina ausfüllt. Der Flügelspalt zwischen dem freien Rand der Festelektrolytplättchen und der jeweils anliegenden Fensterfolie ist im Ausführungsbeispiel durch ein auch noch bei Betriebstemperatur, das heißt bei über 1100°C, starres Lot 72 verschlossen. Beim Zu­ sammenbau dieser einzelnen Bausteine 6, 10, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 zu einem Brenn­ stoffzellenstapel 1 werden die einzelnen plattenförmigen Bauteile in dem die Durchbrüche umschließenden Randbereich mittels dieses Lotes 72 gasdicht miteinander verlötet.In the exemplary embodiment, the solid electrolyte frames 16 , 24 consist of zirconium oxide. In ih nen four rectangular solid electrolyte plates 64 , 65 , 66 , 67 made of yttrium-stabilized zirconium oxide are used in relation to the four window openings 12 , 13 , 14 , 15 of the window films. In the exemplary embodiment, the upper side of the latter is coated with a lanthanum-strontium-manganese oxide compound as cathode material 68 on its upper side, with the exception of a narrow circumferential edge region, and correspondingly with a nickel-zirconium oxide cermet as anode material 70 on its underside. The edge areas of the solid electrolyte platelets rest on both sides on the window edges of the window films, the electrode material filling the volumes defined by the window openings in the window films. In the exemplary embodiment, the wing gap between the free edge of the solid electrolyte platelets and the respectively adjacent window film is closed by a solder 72 that is rigid even at operating temperature, that is to say at over 1100 ° C. When assembling these individual components 6 , 10 , 16 , 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 to form a fuel cell stack 1 , the individual plate-shaped components are soldered gas-tight to one another in the edge area surrounding the openings by means of this solder 72 .

Beim Betrieb einer solchen Brennstoffzelle 2, 4 werden auf der einen Stirnseite der bipola­ ren Platte 20 - im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist das die hintere Stirnseite des Stapels 1 - sauerstoffhaltiges Gas, etwa Luft, durch die Anschlußstutzen 40 bis 43 und die darunter fluchtend angeordneten Durchbrüche 52, 53 in den einzelnen plattenförmigen Bauelemen­ ten 10, 16, 18, 20, 22, 24, 26 eingeführt und auf der gegenüberliegenden vorderen Seite durch die Durchbrüche 54, 55 und Anschlußstutzen 45 bis 47 wieder abgeführt. Zugleich wird auf der - im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 rechten Stirnseite des Stapels 1 - Brennstoff, im wesentlichen wasserstoffhaltiges Gas, durch die Anschlußstutzen 31 bis 34 und die darunterliegenden Durchbrüche 48, 49 eingeführt und auf der dazu gegenüberlie­ genden linken Stirnseite dieses wasserstoffhaltige Gas sowie das Oxidationsprodukt Was­ serdampf durch die Durchbrüche 50, 51 und die Anschlußstutzen 35 bis 38 wieder abge­ führt. Dabei strömt das sauerstoffhaltige Gas längs der Rillenfelder 57, 59 an der Unter­ seite der Deckplatte 28 und der Unterseite der bipolaren Platte längs der mit Kathodenma­ terial 68 beschichteten Seite der Elektrolytplättchen 64, 65, 66, 67 entlang und strömt das wasserstoffhaltige Gas längs der Oberseite der unteren Deckplatte 6 und der Rillenfelder 56, 58 an der Oberseite der bipolaren Platte 20 und an den mit Anodenmaterial 70 be­ schichteten Seiten der Elektrolytplättchen 64, 65, 66, 67 entlang. Die sich bildende elek­ tromotorische Kraft der beiden in Serie geschalteten Brennstoffzellen kann dann an den Kontaktzungen 8, 30 der beiden Deckplatten 6, 28 abgegriffen werden.When operating such a fuel cell 2 , 4 are on one end of the bipola ren plate 20 - in the embodiment of FIG. 1, this is the rear end of the stack 1 - oxygen-containing gas, such as air, in alignment through the connecting piece 40 to 43 and the one below arranged openings 52 , 53 in the individual plate-shaped Bauelemen th 10 , 16 , 18 , 20 , 22 , 24 , 26 introduced and discharged on the opposite front side through the openings 54 , 55 and connecting pieces 45 to 47 again. At the same time - on the right side of the stack 1 in the embodiment of FIG. 1 - fuel, essentially hydrogen-containing gas, is introduced through the connecting pieces 31 to 34 and the openings 48 , 49 underneath and on the opposite left side of this hydrogen-containing gas and the oxidation product What serdampf leads through the breakthroughs 50 , 51 and the connecting pieces 35 to 38 again. The oxygen-containing gas flows along the groove fields 57 , 59 on the underside of the cover plate 28 and the underside of the bipolar plate along the side coated with cathode material 68 along the side of the electrolyte plates 64 , 65 , 66 , 67 and the hydrogen-containing gas flows along the top the lower cover plate 6 and the groove fields 56 , 58 on the top of the bipolar plate 20 and on the be coated with anode material 70 sides of the electrolyte plates 64 , 65 , 66 , 67 along. The developing electric motor force of the two fuel cells connected in series can then be tapped at the contact tongues 8 , 30 of the two cover plates 6 , 28 .

Die Fig. 2 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt des Randbereichs der bipolaren Platte 20 und der beiden unmittelbar anliegenden Fensterfolien 18, 22 und einer an der ei­ nen Fensterfolie 22 anliegenden Festelektrolytplatte 24. In der stark schematisierten Zeichnung erkennt man im Bereich der Fügestellen zwischen den plattenförmigen Bauele­ menten aufgeschnittene, schematisierte Spalten, die Leckstellen 74 im Bereich des Lotes 72 darstellen sollen. Zur Dichtung dieser Leckstellen ist die Brennstoffzelle 2 in einem - hier nicht weiter dargestellten - evakuierbaren Gefäß gestellt. Der Druck in diesem evaku­ ierbaren Gefäß als auch im Inneren der Brennstoffzelle ist bei der Durchführung des Ver­ fahrens aus vorzugsweise 10-4 bar abgesenkt. Zugleich wird in den brennstofführenden Gaskanälen und Gasräumen der Brennstoffzelle außer Wasserstoff auch Wasserdampf zu­ gemischt werden. Die Gaszusammensetzung in den ohnedies sauerstofführenden Gaskanä­ len braucht an sich nicht geändert zu werden. In das evakuierte Gefäß wird ein Gas einge­ leitet, das eine zu einem metallionenleitenden und/oder sauerstoffionenleitenden Oxid aufoxidierbare gasförmige Verbindung vorzugsweise eines oder mehrerer der Metalle des Elektrolytmaterials, der bipolaren Platte 20 der Elektroden enthält. Im Ausführungsbei­ spiel wird ein Gasgemisch von Zirkonchlorid und Yttriumchlorid verwendet. Um die Reaktionsgeschwindigkeit zu steuern, werden aber alle genannten Gase mit Inertgas - im vorliegenden Fall Stickstoff - verdünnt. Die Temperatur der Brennstoffzelle 2, 4 wird so­ dann auf Betriebstemperatur ca. 900 bis 1100°C erhöht. Bei dieser Temperatur dissociiert der Wasserdampf zu einem kleinen Teil, so daß immer auch Sauerstoff vorhanden ist. Die­ ser Sauerstoffanteil, der über den Wasserdampf stets nachgeliefert wird, genügt wegen der größeren Affinität zum Zirkon für die Oxidation des Zirkonchlorids. Fig. 2 shows a greatly enlarged section of the edge area of the bipolar plate 20 and the two immediately adjacent window films 18, 22 and a voltage applied to the window foil 22 ei NEN solid electrolyte plate 24. In the highly schematic drawing you can see in the area of the joints between the plate-shaped components cut open, schematic columns, which should represent leaks 74 in the area of the solder 72 . To seal these leaks, the fuel cell 2 is placed in an evacuable vessel (not shown here). The pressure in this evacuable vessel as well as inside the fuel cell is preferably lowered from 10 -4 bar when carrying out the process. At the same time, water vapor will also be mixed in the fuel-carrying gas channels and gas spaces of the fuel cell. The gas composition in the oxygen-carrying gas channels does not need to be changed per se. A gas is introduced into the evacuated vessel which contains a gaseous compound that can be oxidized to a metal ion-conducting and / or oxygen-ion-conducting oxide, preferably one or more of the metals of the electrolyte material, the bipolar plate 20 of the electrodes. In the exemplary embodiment, a gas mixture of zirconium chloride and yttrium chloride is used. In order to control the reaction rate, however, all of the gases mentioned are diluted with inert gas - in the present case nitrogen. The temperature of the fuel cell 2 , 4 is then increased to an operating temperature of approximately 900 to 1100 ° C. At this temperature, the water vapor dissociates to a small extent, so that there is always oxygen. This proportion of oxygen, which is always supplied via water vapor, is sufficient for the oxidation of the zirconium chloride because of the greater affinity for zirconium.

Soweit der Druck innerhalb und außerhalb der Brennstoffzelle 2 gleich ist, diffundieren nun die Gase vom Inneren der Brennstoffzelle durch die Leckstellen 74 des Lotes 72 nach außen und diffundiert das außerhalb der Brennstoffzelle befindliche Gas durch eben diese Leckstellen nach innen. Die beiden Gase treffen dabei in den Leckstellen aufeinander. Bei der Temperatur von ca. 1000°C reagiert der Sauerstoff, der von innen nach außen strömt mit den gasförmigen Verbindungen der Metalle, die von außerhalb der Brennstoffzelle zuströmen - im Ausführungsbeispiel mit Zirkonchlorid und Yttriumchlorid - und bilden die entsprechenden Metalloxide - im vorliegenden Fall Zirkonoxid und Yttriumoxid, wel­ che in den Leckstellen an den Oberflächen aufwachsen.Insofar as the pressure inside and outside the fuel cell 2 is the same, the gases now diffuse from the inside of the fuel cell through the leak points 74 of the solder 72 to the outside and the gas located outside the fuel cell diffuses in through these leak points. The two gases meet in the leak points. At a temperature of approx. 1000 ° C, the oxygen that flows from the inside to the outside reacts with the gaseous compounds of the metals that flow in from outside the fuel cell - in the exemplary embodiment with zirconium chloride and yttrium chloride - and form the corresponding metal oxides - in the present case, zirconium oxide and yttrium oxide, which grow in the leaks on the surfaces.

Durch den abgesenkten Gasdruck wird die mittlere freie Weglänge der Gasatome soweit erhöht, daß die Reaktion hauptsächlich im Bereich der Oberflächen der Fügespalte bzw. der Undichtigkeiten stattfindet. Auf diese Weise wird eine gute Haftfestigkeit des Metall­ oxidauftrags auf den inneren Oberflächen der Undichtigkeiten erreicht.Due to the lowered gas pressure, the mean free path of the gas atoms becomes so far increases that the reaction mainly in the area of the surfaces of the joint gaps or the leaks take place. In this way, the metal has good adhesive strength oxide application on the inner surfaces of the leaks achieved.

Die Abscheidung der schließlich dichtenden Metalloxide in den Fügespalten wird im Ausführungsbeispiel dadurch weiter beschleunigt, daß eine nach Betrag und Richtung zeitweise wechselnde Druckdifferenz zwischen den beiden Gasräumen eingestellt wird. Dies geschieht im Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Gasdruck im Außenraum und In­ nenraum abwechselnd stufenweise erhöht wird. Diese Schwankungen können durch zeit­ weiliges abwechselndes Androsseln bzw. Verringern der Saugleistung der Vakuumpumpe für die beiden Gasräume bei gleichzeitiger unveränderter Gaszuführung erzielt werden. Dabei ist die Frequenz dieser Druckschwankungen zweckmäßigerweise so kurz zu bemes­ sen, daß die Zeit nicht ausreicht, daß nennenswerte Mengen der Gase durch die Leckstel­ len bis auf die gegenüberliegende Seite derselben hindurchströmen. Hierfür kann man un­ ter anderem je nach Leckquerschnitt und Druckdifferenz Zeiten bis 1 und 100 Sekunden ansetzen. Somit ergeben sich Druckschwankungsfrequenzen in der Größenordnung von 1 bis 0,01 Hz.The deposition of the finally sealing metal oxides in the joint gaps is carried out in the Embodiment further accelerated in that an amount and direction temporarily changing pressure difference between the two gas spaces is set. In the exemplary embodiment, this takes place in that the gas pressure in the outside space and in interior space is gradually increased. These fluctuations can change over time  Alternating throttling or reducing the suction power of the vacuum pump can be achieved for the two gas spaces with simultaneous unchanged gas supply. The frequency of these pressure fluctuations is expediently so short sen that the time is not sufficient, that significant amounts of the gases through the leak len flow through to the opposite side. For this you can un Depending on the leak cross-section and pressure difference, times up to 1 and 100 seconds start. This results in pressure fluctuation frequencies in the order of magnitude of 1 up to 0.01 Hz.

Sobald alle Leckstellen, die vom Inneren der Brennstoffzelle nach außen führen, geschlos­ sen sind, klingt der Stoffumsatz und damit die Abscheidungsrate des ionenleitenden Me­ talloxids allmählich ab. Sie ist bei bereits geschlossenem Leck nur noch durch die mit Wachsen der Schichtdicke des abgelagerten Metalloxids abnehmende Ionenleitung der Schicht bestimmt. Daher kann die Behandlungsdauer ohne weitere Nachteile reichlich lang bemessen werden. Leckstellen, die zwischen Gaskanälen im Innern der Brennstoffzelle vorhanden sein können, werden dadurch jedoch nicht geschlossen. Wie dies zu geschehen hat, wird anhand der Fig. 3 gezeigt.As soon as all leaks that lead from the inside of the fuel cell to the outside are closed, the material conversion and thus the deposition rate of the ion-conducting metal oxide gradually diminishes. If the leak is already closed, it is only determined by the ionic conduction of the layer, which decreases as the layer thickness of the deposited metal oxide increases. Therefore, the duration of treatment can be long enough without further disadvantages. Leakages that may exist between gas channels in the interior of the fuel cell are not closed, however. How this has to be done is shown in FIG. 3.

Die Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt zwischen einem vertikal - das heißt in Richtung der Normale der plattenförmigen Bauelemente des Stapels 1 - durch die Durch­ brüche 53 gehenden Gaskanal, der betriebsmäßig sauerstoffhaltiges Gas durch den Brenn­ stoffzellenstapel durchleiten soll, und einen im wesentlichen aus dem Rillenfeld 58 beste­ henden Gasraum 78 im Inneren der Brennstoffzelle 2, der betriebsgemäß wasserstoffhalti­ ges Gas führt. In der Fig. 3 sind zwischen der Fensterfolie 22 und der auf der einen Seite anliegenden bipolaren Platte sowie auf der anderen Seite anliegenden Festelektrolytplatte 24 im Bereich des Lotes 72 Leckstellen 76 zwischen dem durch den Durchbruch 53 füh­ renden Gaskanal und den inneren Gasraum 78 der Brennstoffzelle 2 eingezeichnet. Fig. 3 shows an enlarged section between a vertical - that is, in the direction of the normal of the plate-shaped components of the stack 1 - through the breakthroughs 53 gas channel, which is to pass operationally oxygen-containing gas through the fuel cell stack, and essentially from the Groove field 58 existing gas space 78 in the interior of the fuel cell 2 , which leads, according to the operation, hydrogen-containing gas. In Fig. 3 are leaks 76 between the window film 22 and the adjacent bipolar plate and on the other side adjacent solid electrolyte plate 24 in the area of solder 72 leaks 76 between the gas channel leading through the opening 53 and the inner gas space 78 of the fuel cell 2 drawn.

Um diese Leckstellen zu dichten, wird die Brennstoffzelle in einem evakuierbaren und heizbaren Rezipienten gestellt und wird durch die Gaskanäle, die sonst betriebsgemäß was­ serstoffhaltiges Gas führen, im Ausführungsbeispiel ein zirkonchlorid- und yttriumchlorid­ haltiges Gas, geleitet. Nunmehr werden die übrigen Gaskanäle und/oder Gasräume mit ei­ nem sauerstoffhaltigen Gas, etwa Luft, gefüllt und wird der Rezipient und die Gaskanäle und Gasräume auf ca. 10-4 bar evakuiert und auf Betriebstemperatur ca. 1000°C aufge­ heizt. Nunmehr treffen sich die sauerstoffhaltigen Gase aus dem Gaskanal 53 und das zir­ konchlorid- und yttriumchloridhaltige Gas aus dem Gasraum 78 in den Leckstellen 76 zwischen diesen beiden Gasräumen und dichten diese Leckstellen in der gleichen Weise ab, wie das anhand der Fig. 2 erläutert wurde. Das gleiche passiert in den in der Fig. 3 nicht mehr gezeigten Leckstellen zwischen den betriebsgemäß sauerstoffhaltiges Gas füh­ renden Gasräumen und Brennstoff führenden benachbarten Gaskanälen. Auch hier ist es hilfreich, wenn die Drücke der beiden Gase zeitweise relativ zueinander abwechselnd er­ höht und abgesenkt werden.In order to seal these leaks, the fuel cell is placed in an evacuable and heatable recipient and is passed through the gas channels, which otherwise normally carry what contains gas containing gas, in the exemplary embodiment a gas containing zirconium chloride and yttrium chloride. Now the remaining gas channels and / or gas spaces are filled with an oxygen-containing gas, such as air, and the recipient and the gas channels and gas spaces are evacuated to approximately 10 -4 bar and heated to the operating temperature of approximately 1000 ° C. Now the oxygen-containing gases from the gas channel 53 and the zirconium and yttrium chloride-containing gas from the gas space 78 meet in the leak points 76 between these two gas spaces and seal these leak points in the same way as was explained with reference to FIG. 2. The same happens in the leakage no longer shown in FIG. 3 between the operationally oxygen-containing gas leading gas spaces and fuel-carrying adjacent gas channels. It is also helpful here if the pressures of the two gases are temporarily increased and decreased alternately relative to one another.

Es ist ein großer Vorteil des beschriebenen Verfahrens, daß sich damit ohne Demontage von Brennstoffzellen feinste Spalten, Poren, Lecks oder sonstige Undichtigkeiten 74, 76 zwischen den einzelnen Bauelementen der Brennstoffzelle sowohl solche, die nach außen führen, also auch solche, die im Inneren der Brennstoffzelle zwischen verschiedenen Gas­ räumen bestehen, schließen lassen. Da ein Stoffumsatz nur im Bereich der Leckstellen stattfindet, können fertig montierte Brennstoffzellen sogar vorsorglich, das heißt auf den bloßen Verdacht hin, einer solchen Behandlung unterworfen werden. Dabei ist es keines­ wegs erforderlich, daß sich diese Undichtigkeiten im Bereich des Lotes befinden. Viel­ mehr kann so auch eine nicht vorgelotete Brennstoffzelle, bei der die einzelnen Bauele­ mente im losen mechanischen Kontakt aufeinander liegen oder aufeinandergepreßt sind, auf diesem Wege gedichtet werden. Dabei wird eine mechanisch stabile, gasdichte Füh­ rung der einzelnen Komponenten erreicht.It is a great advantage of the method described that there are very fine gaps, pores, leaks or other leaks 74 , 76 between the individual components of the fuel cell, both those which lead to the outside, and also those which are inside, without dismantling fuel cells Fuel cell exist between different gas spaces, let close. Since a substance conversion only takes place in the area of the leakage points, fully assembled fuel cells can even be subjected to such treatment as a precaution, that is, at the mere suspicion. It is by no means necessary that these leaks are in the area of the solder. Much more can be sealed in this way even a not pre-soldered fuel cell, in which the individual components are in loose mechanical contact with each other or are pressed together. A mechanically stable, gastight guidance of the individual components is achieved.

Bei nennenswerten Undichtigkeiten und insbesondere wenn nicht verlötete Brennstoffzel­ len gasdicht gefügt werden sollen, empfiehlt es sich, die Anodenseite vor dem eigentlichen Dichtungsverfahren mit einem Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch und die Kathodenseite mit einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch zu spülen, damit, solange die Zelle noch nicht dicht ist, Knallgasreaktionen zu keinen örtlichen Überhitzungen führen können. Sodann kann der Druck abgesenkt und die Temperatur allmählich auf die Verfahrenstemperatur erhöht werden. Die Verfahrensdauer zur Dichtung der Lecks wird größenordnungsmäßig mit ei­ ner Stunde angesetzt, wobei längere Verfahrensdauern unschädlich sind. Nach Abschluß des Verfahrens und Abkühlen der nunmehr gedichteten Brennstoffzelle ist dafür zu sorgen, daß anodenseitig kein Sauerstoff und kathodenseitig kein Brennstoff eingeleitet wird.In the case of significant leaks and especially if the fuel cell is not soldered If you want to be gas-tight, it is advisable to place the anode side in front of the actual one Sealing process with a hydrogen-nitrogen mixture and the cathode side with to flush an oxygen-nitrogen mixture, so long as the cell is not yet tight is, oxyhydrogen reactions cannot lead to local overheating. Then can the pressure is lowered and the temperature is gradually raised to the process temperature become. The duration of the procedure for sealing the leaks is of the order of magnitude with egg scheduled for one hour, although longer processing times are not harmful. After graduation the process and cooling of the now sealed fuel cell must be ensured that no oxygen is introduced on the anode side and no fuel on the cathode side.

Zum Aufheizen der Brennstoffzellen eignet sich insbesondere eine Wirbelstromheizung.Eddy current heating is particularly suitable for heating the fuel cells.

Claims (19)

1. Verfahren zum Dichten von Undichtigkeiten der zwischen den einzelnen Bauteilen von Hochtemperatur-Brennstoffzellen (2, 4) befindlichen Gasräume und/oder Gaskanäle, da­ durch gekennzeichnet, daß diese verschiedenen gegeneinander und nach außen abzudichtenden Gasräume (78) und/oder Gaskanäle (48 bis 51) bei hoher Temperatur mit je einem von mindestens zwei verschiedenen Gasen beaufschlagt werden, von denen das erste zumindest eine zu einem metallionenleitenden und/oder sauerstoffionenleitenden Oxid aufoxidierbare gasförmige Verbindung und das zweite sowie gegebenenfalls weitere Gase Sauerstoff enthalten bzw. abgeben können.1. A method for sealing leaks between the individual components of high-temperature fuel cells ( 2 , 4 ) located gas spaces and / or gas channels, characterized in that these different gas spaces ( 78 ) and / or gas channels ( 48 to 51 ) at a high temperature, each of one of at least two different gases, of which the first at least one gaseous compound which can be oxidized to a metal ion-conducting and / or oxygen ion-conducting oxide and the second and optionally further gases can contain or release oxygen. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gas mindestens eine oxidierbare Verbindung eines oder mehrerer der Metalle des Elektrolytmaterials der bipolaren Platte (18), der Elektroden (68, 70), der Brennstoffzelle und/oder Zirkon, Nickel, Kalzium, Magnesium oder Seltenes Erdmetall enthält.2. The method according to claim 1, characterized in that the first gas at least one oxidizable compound of one or more of the metals of the electrolyte material of the bipolar plate ( 18 ), the electrodes ( 68 , 70 ), the fuel cell and / or zirconium, nickel, calcium , Contains magnesium or rare earth metal. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle (2, 4) von außen mit dem ersten Gas umflutet und kathodenseitig mit dem zweiten oder anodenseitig mit dem weiteren Gas durchströmt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel cell ( 2 , 4 ) flooded from the outside with the first gas and flowed through on the cathode side with the second or anode side with the further gas. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle (2, 4) anodenseitig mit dem ersten Gas und kathodenseitig mit dem zweiten Gas beaufschlagt wird.4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the fuel cell ( 2 , 4 ) on the anode side with the first gas and on the cathode side with the second gas. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle (2, 4) anodenseitig mit einem Wasserdampf-Wasserstoff-Gasgemisch beaufschlagt wird.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the fuel cell ( 2 , 4 ) is acted on the anode side with a water vapor-hydrogen gas mixture. 6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle (2, 4) anodenseitig mit CO- und/oder CO2-haltigem Gas beaufschlagt wird.6. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the fuel cell ( 2 , 4 ) on the anode side with CO and / or CO 2 -containing gas. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aufoxidierbare gasförmige Verbindung eine Halogenverbindung ist.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the oxidizable gaseous compound is a halogen compound. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gas ein Chlorid enthält. 8. The method according to claim 7, characterized in that the first gas contains a chloride.   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrenstemperatur 1300°C nicht überschreitet.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the process temperature does not exceed 1300 ° C. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrenstemperatur bei ca. 1000°C liegt.10. The method according to claim 9, characterized in that the Process temperature is around 1000 ° C. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net , daß ein Gasdruck von etwa 10-3 bis 10-5 bar eingestellt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a gas pressure of about 10 -3 to 10 -5 bar is set. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß zeitweise der Gasdruck des ersten Gases höher ist als der des zweiten bzw. weiteren Gases und umgekehrt.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in net that the gas pressure of the first gas is sometimes higher than that of the second or other gas and vice versa. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität der jeweiligen Druckdifferenz zwischen den beiden Gasen 1 bis 103 Sekunden lang anhält.13. The method according to claim 12, characterized in that the polarity of the respective pressure difference between the two gases lasts for 1 to 10 3 seconds. 14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der beiden Gase abwechselnd stufenweise erhöht wird.14. The method according to claim 11, 12 or 13, characterized in that the pressure of the two gases is gradually increased. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die noch nicht gedichtete Brennstoffzelle (2, 4) zunächst kathodenseitig mit einem Sauerstoff-Stickstoffgemisch und anodenseitig mit einem Wasserstoff- Stickstoffgemisch gespült und dabei ca. eine Stunde lang vorgeheizt wird und erst danach der Druck auf Verfahrensdruck abgesenkt und die Temperatur ganz auf Verfahrenstemperatur erhöht und zugleich die Verfahrensgase eingeleitet werden.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the not yet sealed fuel cell ( 2 , 4 ) is first rinsed on the cathode side with an oxygen-nitrogen mixture and on the anode side with a hydrogen-nitrogen mixture and is preheated for about an hour and only then the pressure is reduced to the process pressure and the temperature is raised to the process temperature and at the same time the process gases are introduced. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Brennstoffzelle über eine Wirbelstromheizung aufgeheizt wird.16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in net that the fuel cell is heated via an eddy current heating. 17. Hochtemperatur-Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der vormals undichten Stellen (74, 76) zwischen den einzelnen Bauteilen (6, 10, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28) Einlagerungen (80) aus metallionenleitenden und/oder sauerstoffionenleitenden Oxiden vorhanden sind. 17. High-temperature fuel cell according to one of claims 1 to 16, characterized in that in the area of the previously leaky points ( 74 , 76 ) between the individual components ( 6 , 10 , 16 , 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 ) Inclusions ( 80 ) of metal ion-conducting and / or oxygen ion-conducting oxides are present. 18. Hochtemperatur-Brennstoffzelle nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einlagerungen (80) aus Oxiden wenigstens eines der Metalle des Elektrolytmaterials, der bipolaren Platte, der Elektroden, von Zirkon, Yttrium, Cer, Haffnium, Yterbium, Seltenes Erdmetall bestehen.18. High-temperature fuel cell according to claim 17, characterized in that the inclusions ( 80 ) consist of oxides of at least one of the metals of the electrolyte material, the bipolar plate, the electrodes, zirconium, yttrium, cerium, haffnium, yterbium, rare earth metal. 19. Hochtemperatur-Brennstoffzelle nach Anspruch 17 oder 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der Innen- und/oder Außenseite von vormals undichten Stellen Auftragsschichten aus metallionenleitenden und/oder sauerstoffionenleitenden Oxiden vorhanden sind.19. High-temperature fuel cell according to claim 17 or 18, characterized ge indicates that the inside and / or outside of previously leaky Make layers of metal ion and / or oxygen ion Oxides are present.
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